CN103882300B - 一种160MPa高性能建筑结构用软钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种160MPa高性能建筑结构用软钢，其特征在于化学成分范围按重量百分比为：C0.001%～0.009%、Si0.02%～0.07%、Mn0.16%～0.5%、Ti0.01%～0.024%、Als0.012%～0.075%，B0％～0.0030％，余量为Fe及不可避免的杂质，钢中的杂质元素控制在P≤0.015%，S≤0.008%，[N]≤0.0045%，[O]≤0.0020%。轧制过程采用再结晶控轧工艺，加热温度1210～1270℃，加热时间控制在60～110s/mm；采用两阶段控轧，终轧温度为951～1010℃；轧后选择自然冷却或水冷至500～750℃。<!--1-->
Description
技术领域
本发明涉及一种160MPa级别高性能抗震隔震建筑结构低屈服点软钢及其制造方法，属于金属材料领域。
背景技术
现代钢结构的抗震设计概念，已经从钢结构的整体抗震转变为将某些构件设计成结构的减震装置，使其在大震时首先屈服耗能，其余钢结构则处于弹性状态。为了解决钢结构房屋的地震后变形的修复问题，国内外开始越来越多地开发和利用抗震隔震建筑结构低屈服点软钢减震器作为减震装置。
国际有关160MPa级别低屈服点建筑结构用钢制造方法的专利并不多，例如以下2项专利：
1、日本专利，崎制铁株式会社荒木、清己等人在日本申请的公开号为JP200063946A的发明专利“耐震部材用低屈服点厚钢板的制造方法”公开了一种屈服点145MPa~227MPa钢板的制造方法。它是一种低C、Si、Mn、Al合金体系，钢中没有添加其它合金等元素（C0.04~0.06%、Si≤0.05%、Mn≤0.70%、Al≤0.05%、P≤0.03%、S≤0.03%）。经过热处理的方法可以使钢的屈服强度控制在180MPa以下，不经过热处理或经过正火处理钢板屈服强度在180MPa以上，延伸率大于45%，没有提及冲击韧性。由于屈服强度变化范围较大和没有规定韧性指标，不利于软钢减震结构的设计和制造。而且从其实施例可见其终轧温度较低，在730℃~820℃之间，较低的终轧温度对轧机的能力要求较高，影响生产节奏和生产效率；热轧后采用热处理的粗化方法降低强度，增加了生产成本降低了生产效率，并且工艺复杂。
2、国内专利，宝山钢铁股份有限公司宋凤明、温东辉等人申请的公开号为CN101514425的发明专利“屈服强度160MPa级建筑抗震用低屈服点钢及其生产方法”公开了一种160MPa级建筑抗震用低屈服点钢及其生产方法。它是一种低C、Si、Mn、Al、Ti合金体系（C：0.01-0.05、Si≤0.02、Mn：0.05-0.15、P≤0.01、S≤0.006、Al：0.01-0.05、N≤0.005、Ti：0.01-0.10、其他为Fe和不可避免的杂质元素）；发明实施例阐述的钢板厚度仅为12mm~20mm属于中薄板范围，没有谈及厚钢板生产制造，不利于大型软钢减震结构设计和制造的选材；冲击韧性检验全部为横向0℃冲击功，不能满足北方低温地区冬季对钢结构冲击韧性的要求；该专利发明例中拉力实验检验结果全部为规定非比例延伸强度（Rp0.2），说明钢板拉伸曲线没有明显屈服台阶（屈服点），这对钢结构的设计和施工是不利的。
由该领域技术发展状况和对比专利可知，目前低屈服点软钢减震器用钢板的生产存在以下不足：
1）部分需要配合热处理粗化工艺，生产成本较高，生产效率较低；
2）没有低温韧性要求或仅要求为0℃低温韧性，难以满足北方低温地区冬季对钢结构的设计和施工需要；
3）所查专利文献涉及相近钢种存在屈服强度控制范围较大或没有明显屈服台阶（屈服点）等问题，不利于软钢减震结构的设计和制造。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种160MPa级建筑结构用低屈服点软钢及其制造方法，产品屈服强度波动范围140MPa~180MPa，同时拉伸曲线具有明显屈服台阶（屈服点），充分发挥钢种吸能抗震的应用性能；满足寒冷地区建筑行业减震设计、施工的需求；化学成分、生产工艺简单，成本较低。
本发明目的是通过下面的技术方案实现的：
一种160MPa高性能建筑结构用软钢，其化学成分范围按重量百分比为：C0.001%～0.009%、Si0.02%～0.07%、Mn0.16%～0.5%、Ti0.01%～0.024%、Als0.012%～0.075%，B0％～0.0030％，余量为Fe及不可避免的杂质，钢中的杂质元素控制在P≤0.015%，S≤0.008%，[N]≤0.0045%，[O]≤0.0020%。
为了保证钢的强度需要0.001%以上的C含量，同时为了保证钢的焊接性能和强度范围，C的含量不宜超过0.009%，范围控制在0.001%～0.009%。
为了使钢的延伸性能，将Si的含量控制在小于等于0.07%，但过低Si的控制势必会造成冶炼成本的增加，范围控制在0.02%~0.07%。
Mn的主要作用是固溶强化和脱氧，过多时会使强度过高,为确保钢板极低屈服点和低应变硬化率，应控制钢中Mn含量在0.16%～0.5%。
Ti、Al主要作用是抑制加热时晶粒长大，Ti、Al配合脱氧可以减少强度的增加过多，增强Ti脱氧产物的有益作用，但需要控制加入量和配合适当制造工艺避免形成过多夹杂物和尺寸较大的第二相粒子，Ti范围控制在0.01%～0.024%、Als范围控制在0.012%～0.075%。
B：在超低碳钢中使用硼进行微合金化的目的是为了降低钢板屈服强度。铁素体钢屈服强度除与主要成分C、Si、Mn、P有关外，重要影响因素是铁素体含量、自由N含量与晶粒尺寸。对于成分稳定的钢板而言，铁素体含量稳定，硼微合金化降低钢板屈服强度的原因应是晶粒尺寸与自由N含量作用的结果。首先，由于在钢中BN优先析出，抑制或减少了细小A1N的析出，提高了晶粒的生长性能，利于晶粒长大；其次，B在奥氏体晶界的偏聚抑制了铁素体在奥氏体晶界形核，降低了铁素体形核率，从而增大了铁素体晶粒的尺寸，使得含B钢在一定工艺过程中晶粒明显粗大。由于上诉两方面作用，达到降低钢板屈服强度的目地。但过多硼的添加也会导致韧性下降，甚至导致钢板裂纹的出现，所以B不宜超过0.0030％。
一种160MPa高性能建筑结构用软钢的制造方法：
生产工艺流程：铁水预处理—炼钢—炉外精炼—连铸—钢坯加热—轧制—（堆垛）—冷却—（堆垛）—成品。
冶炼工艺特征：进行铁水预处理，采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行精炼处理，并进行微合金化，控制钢中杂质含量在上述成分范围；根据钢水中[O]含量和Als含量，加Ti微合金化，全程保护浇注改善铸坯洁净度。
轧制工艺特征：轧制过程采用再结晶控轧工艺，加热温度1210～1270℃，加热时间控制在60～110s/mm；采用两阶段控轧，目的在于控制终轧温度，控制组织晶粒度；终轧温度为951～1010℃；根据钢种不同厚度调节厚度方向性能轧后选择自然冷却或水冷至500～750℃。
为了获得最佳效果，本发明的特征在于钢板终轧或终冷后进行堆垛保温处理，堆垛温度为300~600℃。在堆垛自回火过程中，调整钢的强度，同时改善钢的韧性和塑性，达到性能均匀化之目的。
本发明钢板厚度范围为8~100mm，适用于薄板及中厚板的生产。
本发明的有益效果：（1）屈服强度波动范围为140MPa~180MPa，同时拉伸曲线具有明显屈服台阶（屈服点）；（2）-20℃纵向低温韧性大于27J，可以满足寒冷地区建筑行业减震设计、施工的需求；（3）具有较低屈强比≤0.7，同时具有良好延伸性能≥45%；（4）生产工艺简单，热轧态空冷或水冷，配合轧后堆垛工艺即可获得良好的板型和性能；（5）化学成分简单，除基本元素外，只少量添加Ti，成本较低；（6）本发明钢其成分设计保证了钢种具有极低的碳当量和裂纹敏感系数，同时保证了优异的焊接性能。
具体实施方式
下面列举本发明的实施例，根据本发明的化学成分及生产工艺，钢种化学成分实施例如表1，本发明钢的工艺参数实施例如表2，本发明实物性能检验结果如表3。
表1、本发明钢种的冶炼成分实例，Wt%
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Ti | Als | B |
| 1 | 0.0010 | 0.021 | 0.50 | 0.013 | 0.004 | 0.013 | 0.026 | — |
| 2 | 0.0032 | 0.054 | 0.42 | 0.011 | 0.006 | 0.017 | 0.012 | 0.0005 |
| 3 | 0.0065 | 0.070 | 0.16 | 0.011 | 0.007 | 0.010 | 0.075 | 0.0026 |
| 4 | 0.0090 | 0.038 | 0.29 | 0.009 | 0.003 | 0.022 | 0.042 | 0.0030 |
| 5 | 0.0058 | 0.044 | 0.35 | 0.010 | 0.008 | 0.015 | 0.060 | 0.0015 |
| 6 | 0.0021 | 0.029 | 0.17 | 0.015 | 0.005 | 0.024 | 0.054 | — |
表2、本发明钢实例的实际工艺参数
表3、本发明钢实施例的力学性能
Claims (1)
1.一种160MPa高性能建筑结构用软钢的制造方法，其特征在于：化学成分范围按重量百分比为：C0.001％～0.0065％、Si0.044％～0.07％、Mn0.16％～0.35％、Ti0.01％～0.015％、Als0.060％～0.075％，B0％～0.0030％，余量为Fe及不可避免的杂质，钢中的杂质元素控制在P≤0.015％，S≤0.008％，[N]≤0.0045％，[O]≤0.0020％；包括铁水预处理、炼钢、炉外精炼、连铸、钢坯加热、轧制和冷却，轧制过程采用再结晶控轧工艺，加热温度1240～1270℃，加热时间控制在60～110s/mm；采用两阶段控轧，终轧温度为951～1010℃；轧后选择自然冷却或水冷至500～750℃；钢板终轧或终冷后堆垛保温处理，堆垛温度为300～600℃。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |